移动通信天线及短波天线关键技术研究

金煜杰

关键词：移动通信天线；短波天线；关键技术

引言：本文根据实际需求，对移动通信天线与短波天线在设计方面的关键技术进行分析，首先针对目前存在的电线数量过多影响工作效率的问题，设计了双频段引向探险，能够使用一副电线达到两副天线的工作效果。然后，为了缩小车载天线的体积，增强车辆的灵活性，设计了超短波车载甜心，与以往电线相比缩小了30%，极大的提升了天线的工作效率。

1.双频段引向天线设计

现阶段，GSM通信系统已经得到广泛的应用，在该系统中基站较为固定，但是在一些人口密集、流动量较大的场所中，通信量激增知识信道容量不足，对正常通信产生阻碍。因此，需要采用可移动基站的方式来缓解通信压力。本文将对此设计出一种双频段引向天线，达到用一副天线实现两副效果的目标，以此来满足紧急通信需求，拓宽通信容量，提升通信效率。

1.1设计原理

双频段引向天线与传统天线在几何结构上大同小异，主要包括引向器、有源振子、反射器等部件。为了达到天线双频段设计需求，本设计采用对称式分支结构，分支主要由长振子与短振子共同组成，主要设计原理为不同长度振子产生的谐振频率也不尽相同，进而与天线多频段特性相符合。其中，长振子与低频谐波相对于，短振子与高频谐波相对应，在长度的设计上分别为与。引向器采用有源振子分支结构，在结构上也反射器相同，在引向器的长振子一段发挥反射器作用，使引向方向旋转，因此引向器的另一端采用相反的结构，即选择单振子与分支结构。

1.2天线结构的优化设计

采用差分进化法对天线结构进行优化设计，首先可行解空间内将种群进行随机初始化操作，使现有种群变异后交叉操作获得新的种群，然后在贪婪思想的基础上，对两种种群进行选择，进而形成新一代种群[1]。

假设M代表待优化的参数，DE代表个体维数，j代表个体序列，XjG代表实数参数向量，G代表进化代数，则能够在此基础上对初始点进行构建和优化，保障种群初始化操作的完成，每个目标向量的变异方式为：

Vj＝Xi1G＋F（Xi2G－Xi3G）

式中，i1、i2、i3代表的是随机产生的个体序号，并且其取值范围为1到Np之间，Np代表的是种群规模。F代表的是变异算子，取值范围为0到2，属于实常数因子；偏差变量具有放大效果。

在对双频段天线进行优化的过程中，首先需要对各个结构参数进行优化，维数M的数值取18，参数范围按照产生的影响而改变，Np的取值为20，进化代数取值为500，并且所设计的天线其覆盖频段为760-1805MHz，通过线性加权的方式对多个目标进行协调，函数表达式为：

式中，x代表的是结构参数；N代表的是观察到的频点数；a,b代表的加权系数，并且数值为正值。天线经过优化以后，能够达到最大XiG的目标。

2.超短波车载定向通信天线设计

超短波通信范围为30-88MHz，在通信中的应用频率较高，尤其适用于车载定向通信当中。本文所研究的双框形天线能够有效克服传统天线中的弊端，缩小引向天线的体积，提升车辆的机动能力、反应能力、生存能力等，进而提升天线设计的可靠性。

2.1双框形天线

双框线属于两个相同天线并联而成，具有较高的输入阻抗，W代表含馈电点一侧的长度，L代表的是另一侧长度，W/L值对应的最大输入电阻均超过2.5Ω，在L/的数值小于0.35的范围内，W/L的比重越大，则天线的轴向增益将越强；W/L的比重越小，则天线的轴向增益也将随之降低；例如，W/L的比值为0.3，则L/的数值将由0.25提升到0.7，增加的范围为1.5dB。对于W/L的数值为1.0或者1.2来说，则L/的数值将处于0.4的范围附近，并且其增长速度将随之降低，当L/的数值提升到0.2时，则增益下降17dB，并且将随着L/数值的变化而发生改变。

2.2结构优化设计

通过上文的研究，本文研究了一种三单元单极双框形的车载天线，对车体与天线结构进行优化，使天线的高度降低、轴向距离缩短，并且在性能上得到显著的增强，占用较少的空间，提升车辆的灵活性，使其变得更加安全可靠。在对天线中各个单元进行设计时，应保障距离相等，也就是有源振子、引向器、反射器之间的距离均等，用s来表示。框形天线的各个壁间的距离为d1、d2、d3，其高度分别为h1、h2、h3，天线的超短波频段中的中心频率为59MHz[2]。

在对该天线进行优化的过程中，仍然采用DE算法，在正弦差值的基础上对引擎进行计算，将天线结构中的各项参数进行优化，假设G0代表主瓣电平，Gb代表后瓣电平，VSWR代表电压驻波比，通过线性加权的方式对多个目标进行协调，函数表达式为：

式中，a,b,c代表的是加权系数，数值为正值。在对车载天线进行优化设计的过程中，应与车体对天线性能产生的影响相结合，使天线与车体实施一体化设计，建立相关模型，防止在实际应用中因车体影响影响天线运行的发挥。对于车体来说，应采用线柵模型的方式，通过计算得知，整个车体对天线性能产生影响最为突出的因素在于车顶部分，因此要想提升设计的优化效果，应重点加强对车辆顶部的计算与优化。

结论：综上所述，经过本文的研究设计出了一种新型的双频段引向天线，其具有分支结构，能够对双频段工作特性进行良好的把握，并且具有一副天性达到两副效果的优势。另外，本文还设计了双框形引向天线，实现超短波车载引向的优化设计，提升了机车的反映速度与作战能力，使天线设计的可靠性与有效性得到显著增强。

参考文献：

[1]周围.移动通信智能天线关键技术研究[D].电子科技大学,2016.

[2]姬五胜,张丰臣,刘培涛.移动通信基站天线的关键技术研究进展[J].电讯技术,2017,57(1):111-117.